基于双频测深仪的航道适航水深监测方案
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2026-01-16

1、概述

河口航道常为淤泥质航道,航道的底部一般存在着一层流动的悬移质(浮泥),特别在疏浚的航槽内,浮泥更是一种比较普遍的现象。浮泥的存在,给航道适航水深的确定带来了很大困难。目前大多数船舶使用的单频回声测深仪,常把淤泥(浮泥)层表面以上的水深作为通航水深,从而造成了不必要的水深限制和过大的疏浚要求。双频测深仪是一种单波束双频测深设备,相对于原来的单频高频测深仪增加了低频工作部分。两个声学通道的模拟前端组件(发射、接收)以及信号的处理运算都相互独立、互不影响。高频换能器的信号频率一般在 100kHz~1MHz 左右,低频换能器的信号频率一般在 10~50kHz 左右,由于低频声波与高频声波在介质中传递的物理特性不同,水对低频信号的吸收弱,低频信号的传播能力就强,一般可穿透一定厚度的淤泥。在有水底沉积物时低频声波可能穿过水底表面较为柔软的部分介质(如浮泥),传递到更深处。双频测深仪的测深结果能够提供更有用的关于水底地形和沉积物的信息。用户通过判读这些信息就能掌握港口的适航水深数据,这样对发挥港口的潜在功能及指导维护疏浚工程的实施有着重大意义。

双频测深仪相对于高频测深仪增加了低频工作部分。由于低频声波与高频声波在介质中传递的物理特性不同,水对低频信号的吸收弱,低频信号的传播能力就强,传递到更深处。

2、依据标准

《无人船水下地形测量技术规程》CH/T 7002-2018

《海道测量规范》GB 12327-2022

《美国工程兵水文测量规范》EM 1110-2-1003

3、核心内容

回声测深原理

假设声波在水中的传播水面速度为V,当在换能器探头加窄脉冲声波信号,声波经探头发射到水底,并由水底反射回到探头被接收,测得声波信号往返行程所经历的时间为t,则:Z就是从探头到水底的深度,再加上探头吃水就是水深了。

水底信号识别技术

虽然回测深的原理很简单,但水中的情况却是很复杂的,有干扰回波、有鱼群出没或杂物的回波,水底的反射条件各不相同,在浅水区还有可能出现二次、三次回波,如何从众多的杂波中跟踪得到真正的水底回波信号,需要采用相关的技术。

水底门跟踪技术(也叫时间门跟踪技术)

由于水底的变化是比较平缓的,两次测深之间(约0.1秒),水深变化不会太大,我们假定二次深度的变化量为±10%,则我们就在上次正确回波时刻前10%×Z到后10%×Z开一道时间门,只有在时间门内的回波我们才认为是正确的回波,这±10%就叫时间门宽度,一旦时间门内没有回波,就逐渐扩大时间门直至全程搜索回波,直到重新捕获正确的回波。

增益控制

增益控制技术可以根据测量回波脉冲的信号的强度,回波信号过强时控制接收放大电路降低增益,以防止干扰信号过多。当回波信号幅度过小时,自动控制接收放大电路提高增益,以接收回波。增益范围的大小是衡量接收通道性能的关键,测深仪接收增益控制范围为80dB,可以使用手动增益控制。

时间增益控制(TVG

声波在水中传播时,声强按指数规律衰减,为保持信号幅度的平稳,TVG将控制接收放大器按相反的规律增长放大倍数,这就是时间增益控制。

4、应用案例

某港口疏浚测淤

南海西沙大水深测量

黄河高含沙测流